推行系統(tǒng)優(yōu)化和管理實(shí)現(xiàn)煉油廠節(jié)能降耗

胡海蘭（蘭州石化公司研究院）

推行系統(tǒng)優(yōu)化和管理實(shí)現(xiàn)煉油廠節(jié)能降耗

胡海蘭（蘭州石化公司研究院）

在能源形勢嚴(yán)峻、市場多變的情況下，如何少投資或不投資實(shí)現(xiàn)日常生產(chǎn)過程在現(xiàn)有工藝和設(shè)備條件下的節(jié)能降耗，已成為煉油工業(yè)的緊迫課題。文中分析了煉油廠系統(tǒng)優(yōu)化和管理優(yōu)化的必要性，提出了系統(tǒng)優(yōu)化和管理優(yōu)化的基本概念，闡述了符合國內(nèi)煉油工業(yè)實(shí)際的措施，具有可操作性和明顯的節(jié)能效果。

煉油廠 系統(tǒng)優(yōu)化 管理節(jié)能

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.001

分析煉油廠的操作實(shí)際，有一類問題與高能耗密切相關(guān)。如操作參數(shù)偏離設(shè)計(jì)優(yōu)化值；中段回流取熱不隨加工方案而變化；原油的存儲溫度偏高；過分追求安全，輕視裝置間的直接熱供料等等。其原因，首先是由于市場等因素變化，裝置或工藝的實(shí)際運(yùn)行條件如加工量、產(chǎn)品方案等偏離正常狀態(tài)；其次是現(xiàn)有操作調(diào)整的柔性不夠，科學(xué)指導(dǎo)性差；最后是管理滯后，不能保證操作調(diào)整的及時(shí)性。其癥結(jié)在于現(xiàn)有運(yùn)行和管理水平無法適應(yīng)迅速變化的生產(chǎn)條件。專家指出，此類問題在國內(nèi)煉油廠具有普遍性，它們分散、面廣、存在于生產(chǎn)和管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，因此各廠造成的用能損失在(3 000～5 000)×104元/a[1]，可見其解決的重要性和緊迫性。

1 通過系統(tǒng)優(yōu)化和提高管理水平實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的含義

在生產(chǎn)條件多變、問題分散的情況下，僅靠投入來擴(kuò)大設(shè)備和工藝的彈性以提高操作的柔性顯然是不可行的，不但會無限擴(kuò)大投資，而且與煉油生產(chǎn)長周期、連續(xù)化的特征相矛盾。因此、必須基于現(xiàn)有工藝和設(shè)備，探求更深層面的解決方案，通過系統(tǒng)和管理優(yōu)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方法便應(yīng)運(yùn)而生。它有別于傳統(tǒng)的節(jié)能方法，主要手段不是技改或技措，也不以較長停工周期和大量投資為代價(jià)，而是在科學(xué)用能理論的指導(dǎo)下，以系統(tǒng)工程、流程模擬和最優(yōu)化技術(shù)為基礎(chǔ)，主動應(yīng)對工況變化，最大限度地發(fā)掘現(xiàn)有工藝和設(shè)備潛力，通過類似運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化、局部流程調(diào)整、工藝切換、優(yōu)化管理等手段，不投資或少投資，實(shí)現(xiàn)日常生產(chǎn)條件下的節(jié)能。其目標(biāo)是：不管工況條件如何變化，總保持裝置或工藝在能量優(yōu)化的狀態(tài)下運(yùn)行。隨著模擬計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，主要煉油工藝像分餾、傳熱等變工況優(yōu)化運(yùn)行的科學(xué)計(jì)算基礎(chǔ)已經(jīng)具備。同時(shí)，經(jīng)過歷次改造，加之原始設(shè)計(jì)的彈性預(yù)留，現(xiàn)有工藝和設(shè)備已有一定的調(diào)節(jié)手段，如旁路、備用、切換等。只要技術(shù)準(zhǔn)備充分，思想重視，通過優(yōu)化運(yùn)行和管理實(shí)現(xiàn)煉油廠節(jié)能降耗是可行的。當(dāng)前，能源供應(yīng)緊張，原油價(jià)格居高不下，煉油廠在盈虧間徘徊，成本成為決定效益乃至生存的關(guān)鍵，所以著力于日常生產(chǎn)條件下的運(yùn)行和管理優(yōu)化，更具實(shí)際意義。

2 通過運(yùn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)煉油廠節(jié)能降耗

2.1 基于流程模擬的分餾塔運(yùn)行優(yōu)化

在現(xiàn)有生產(chǎn)方案基礎(chǔ)上的優(yōu)化和變工況時(shí)的運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整方法是一致的，目的是在保證產(chǎn)品收率和質(zhì)量的前提下，盡量將分餾塔的過剩熱由塔上部轉(zhuǎn)移到塔下部，以提高輸出熱的能級，同時(shí)降低塔頂冷卻負(fù)荷。方法是采用流程模擬[2]（相關(guān)軟件有ASPEN PLUS，PRO／Ⅱ，HYSIS等），結(jié)合操作經(jīng)驗(yàn)，通過多次調(diào)優(yōu)，找到最大的分餾塔高溫?zé)彷敵龇桨福ㄔ摲桨赴ㄈ亓鳠岱峙浜透骰亓鞯木唧w操作參數(shù)，如流量和出、入塔溫度等），同時(shí)在線啟動和調(diào)整相應(yīng)換熱器的旁路等，以保證方案落實(shí)。由于回流參與原料換熱，多取高溫回流熱對提高原料的換后溫度，減少系統(tǒng)加熱爐負(fù)荷，效果是明顯的。以常壓塔和減壓塔為例，在不改變原油換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的條件下，實(shí)施回流取熱優(yōu)化，一般可平均提高初底原油換熱終溫3～5℃，中型原油蒸餾裝置可年節(jié)省常壓爐燃料費(fèi)用(120～200)×104元。另外，在實(shí)施分餾塔回流取熱優(yōu)化的同時(shí)，實(shí)施回流板的水力學(xué)驗(yàn)算、換熱網(wǎng)絡(luò)的模擬和回流泵的流量／揚(yáng)程分析是必要的，可以因此檢驗(yàn)其是否適應(yīng)回流優(yōu)化調(diào)整后的操作。

2.2 優(yōu)化局部換熱流程

煉油裝置在建設(shè)和歷次改造過程中，往往為換熱流程留下了許多旁路、備用設(shè)備和調(diào)節(jié)手段，充分利用這些便利，適時(shí)應(yīng)對生產(chǎn)方案變化，及時(shí)做出調(diào)整往往可以收到立竿見影的節(jié)能效果。如加工輕質(zhì)原油時(shí)，低溫位的熱多，電脫鹽溫度超標(biāo)，此時(shí)可調(diào)整跨一、二段換熱熱流的旁路閥開度，把熱量適度向二段轉(zhuǎn)移，以降低脫鹽溫度。某催化裂化混合原料70℃進(jìn)裝置，直接與310℃的循環(huán)油漿換熱，同時(shí)140℃的頂循回流卻被冷卻，如果讓進(jìn)料先與頂循回流換熱，再跟油漿換熱，不但可多產(chǎn)蒸汽4.5 t/h，還可節(jié)省冷卻負(fù)荷30%，年綜合效益240×104元。現(xiàn)場有閑置換熱器，蒸汽發(fā)生器也有裕量，切換條件具備，方便實(shí)施。另外，利用裝置偶然的停工機(jī)會，少投資，在短時(shí)間內(nèi)，調(diào)整換熱流程也是必要的。某廠常減壓蒸餾裝置，投資45×104元，兩周內(nèi)完成了原油換熱流程調(diào)整，提高初底油換熱終溫10℃，年節(jié)能效益達(dá)200×104元。

2.3 能量和物料的同時(shí)優(yōu)化

下面是煉油廠常見的幾種物料效益損失類型，其中不乏能量損失[3]：

（1）物料高值低用。如初、常頂氣體和焦化富氣不經(jīng)輕烴回收，直接作加熱爐燃料。

（2）物料直排，如減頂氣體放空。一套5 Mt/a的常減壓蒸餾裝置，一年的直排量約4 000 t。

（3）過度追求高品質(zhì)而造成物料/能量損失。如用除鹽水而不是新鮮水作液化石油氣脫硫醇水洗水；用新鮮水而不用合格的污水汽提水作原油電脫鹽注水。

（4）由于管理不善或設(shè)備問題造成的物料和能量損失，如疏水器失效造成蒸汽直排。

（5）物料重復(fù)加工。如富含柴油餾分的減一線油作催化裂化原料，把原本可以由蒸餾工藝完成的任務(wù)轉(zhuǎn)移給了加工能耗高幾倍的催化裂化工藝，導(dǎo)致能耗和物耗同時(shí)增加。

煉化一體化、環(huán)保日益強(qiáng)化以及成品油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，給煉油廠資源優(yōu)化帶來了機(jī)遇，也提出了更高的要求。著力于長遠(yuǎn)，要高度重視物料和能量的協(xié)同優(yōu)化。

2.4 實(shí)施裝置間直接熱供料，優(yōu)化物流供應(yīng)溫度

裝置間互供料在煉油工藝中廣泛存在。如蒸餾裝置的蠟油、重油送到催化裂化裝置；焦化和催化裂化裝置的汽、柴油送到加氫精制裝置等。目前，不少廠的流程依然是上游裝置的產(chǎn)品先在本裝置換熱和冷卻，然后進(jìn)中間罐，經(jīng)泵輸送到下游裝置重新?lián)Q熱或加熱。這種重復(fù)加熱、冷卻造成大量能量損失。以3 Mt/a催化裂化裝置為例，如果原料以120℃供應(yīng)，而不以冷后90℃供應(yīng)，可直接節(jié)省熱負(fù)荷約15 MW，足見熱供料的必要性。另外，裝置間直接熱供料的運(yùn)行也存在優(yōu)化的問題，優(yōu)化變量通常是物料供應(yīng)溫度，它是參與裝置熱量盈余和用能效率的綜合反應(yīng)，要在滿足參與裝置各種工藝和設(shè)備約束的條件下，以整體用能（或能耗費(fèi)用）最少為目標(biāo)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，求得優(yōu)化的供應(yīng)溫度，并嚴(yán)格按此溫度操作。

2.5 蒸汽動力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行

蒸汽動力系統(tǒng)的能耗約占煉油能耗的三成，可知其優(yōu)化運(yùn)行的重要性。其內(nèi)容主要包括變工況條件下蒸汽、動力的品質(zhì)和數(shù)量保證；全廠蒸汽和燃料氣平衡及此基礎(chǔ)上的最佳功熱聯(lián)產(chǎn)；鍋爐、汽輪機(jī)的開停，負(fù)荷率分配及備用策略優(yōu)化；蒸汽管線的啟、停；疏水器的合理設(shè)置；凝結(jié)水回收系統(tǒng)的建立和優(yōu)化；減溫減壓器的合理啟用和監(jiān)控；夏季燃料氣平衡及利用等。目前最突出的矛盾是中壓蒸汽減溫減壓和夏季大量低壓蒸汽放空，這是燃料氣平衡、季節(jié)變化、生產(chǎn)方案變化和現(xiàn)有設(shè)備狀況等矛盾的綜合反應(yīng)；同時(shí)缺乏對蒸汽動力系統(tǒng)的定量了解，科學(xué)調(diào)度手段不足，許多矛盾只能憑經(jīng)驗(yàn)處理。因此要將蒸汽動力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行納入全廠計(jì)劃排產(chǎn)，在提供煉油工藝解決方案的同時(shí)，為蒸汽動力系統(tǒng)的變工況運(yùn)行提供指導(dǎo)；要推廣蒸汽管線系統(tǒng)模擬軟件的應(yīng)用，從離線診斷逐步過渡到在線分析。總之，通過運(yùn)行優(yōu)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能的機(jī)會很多，滲透到工藝、操作甚至是設(shè)備的各個(gè)細(xì)節(jié)，關(guān)鍵是自覺和靈活運(yùn)用。如某廠針對原油性質(zhì)變化，優(yōu)化常壓塔系統(tǒng)汽提蒸汽分配（即優(yōu)化常壓塔底吹汽比例和產(chǎn)品汽提塔各段吹汽的比例），節(jié)省蒸汽和提高輕質(zhì)油收率，實(shí)現(xiàn)年效益120×104元。再如某廠優(yōu)化催化裂化主分餾塔頂循環(huán)回流取熱和塔頂冷卻，關(guān)停冷回流，年節(jié)約幾百萬元。

3 通過管理優(yōu)化實(shí)現(xiàn)煉油廠節(jié)能降耗

管理本身能夠創(chuàng)造效益，同時(shí)對運(yùn)行有巨大的推動作用，保證運(yùn)行優(yōu)化長效實(shí)施，又可以運(yùn)行優(yōu)化的實(shí)踐豐富其內(nèi)容。因此，在市場客觀條件多變的情況下，更要重視管理在日常節(jié)能工作中的作用。

3.1 通過管理優(yōu)化實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的措施

3.1.1 優(yōu)化原油儲存溫度

儲運(yùn)系統(tǒng)能耗約占全廠能耗的6%[4]，其中原油儲存溫度高是儲運(yùn)系統(tǒng)高耗能的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)10 Mt/a的煉油廠，平均降低原油儲存溫度2.5℃，年可節(jié)省維溫蒸汽2.5×104t，節(jié)省蒸餾裝置循環(huán)冷卻水消耗1.0 Mt，降低蒸餾加工能耗約0.2個(gè)單位。所以要在保證正常脫水深度的前提下，分季節(jié)，分品種，制定不同時(shí)段、不同品種的原油最低儲存溫度，并嚴(yán)格實(shí)施。同時(shí)優(yōu)化維溫?zé)嵩垂?yīng)，如夏天和輕質(zhì)原油盡量采用乏汽（有條件的罐區(qū)還可以采用熱水），不用1.0 MPa的蒸汽。另外，要優(yōu)化中間產(chǎn)品的儲存溫度，以減少上游裝置的冷卻負(fù)荷和下游裝置的加熱負(fù)荷；要加強(qiáng)罐區(qū)疏水設(shè)施的管理，減少蒸汽直排。如某廠分別調(diào)低兩種主要原油的儲存溫度3℃和2℃；夏季用乏汽維溫；更換20臺疏水器；嚴(yán)格原油脫水深度。全年累計(jì)節(jié)約1.0 MPa蒸汽2.3×104t。

3.1.2 管理措施

分季節(jié)制定不同的產(chǎn)品出裝置溫度，減少冷卻負(fù)荷；搞好加熱爐“三門一板”的維護(hù)，降低排煙熱損失；加強(qiáng)采暖管理，控制合適的熱水溫度，降低供熱負(fù)荷；合理提高循環(huán)水換熱溫差，減少水耗；細(xì)化裝置照明管理，節(jié)省電耗；及時(shí)切換機(jī)泵，避免“大馬拉小車”；及時(shí)清掃爐管、空冷翅片等，提高傳熱效率；及時(shí)查堵蒸汽和水的跑冒；搞好重質(zhì)油品換熱器的開停工保護(hù)，防止結(jié)垢等等[5]。

3.2 加強(qiáng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行和管理優(yōu)化的基礎(chǔ)工作

3.2.1 建立柔性和動態(tài)的操作控制體系

現(xiàn)有運(yùn)行問題矛盾的核心是生產(chǎn)條件客觀多變，單憑經(jīng)驗(yàn)已無法應(yīng)對，因此要結(jié)合操作經(jīng)驗(yàn)，采用流程模擬和優(yōu)化技術(shù)，分裝置、分崗位制定適應(yīng)變工況條件，以優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)的新的操作規(guī)程和新的工藝控制指標(biāo)，盡量使操作控制接近客觀實(shí)際和具可操作性，這是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行優(yōu)化的技術(shù)前提。

3.2.2 建立能量分析、診斷和評價(jià)體系

體系應(yīng)包括主要設(shè)備和管線散熱損失的簡捷計(jì)算方法；耗能介質(zhì)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)、測量和校驗(yàn)的簡捷方法；煉油裝置和煉油企業(yè)能量平衡標(biāo)準(zhǔn)；物料流程模擬智能轉(zhuǎn)換為能量流程模擬的軟件；結(jié)合DCS數(shù)據(jù)和全年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的能量平衡校正方法與實(shí)用技術(shù)等等。通過建立這套體系，把目前條件下幾年才進(jìn)行一次并且花費(fèi)數(shù)月和大量人力才能完成的能量平衡工作在幾天內(nèi)完成，真正起到瓶頸診斷、優(yōu)化運(yùn)行的作用。

3.2.3 煉油廠能源產(chǎn)品的合理定價(jià)

這是運(yùn)用市場經(jīng)濟(jì)法則，嚴(yán)格內(nèi)部經(jīng)濟(jì)核算，量化節(jié)能，提高核算單元節(jié)能積極性的基本措施。如果中壓蒸汽與低壓蒸汽等價(jià)（事實(shí)上，按熱力學(xué)第二定律的觀點(diǎn)，3.5 MPa的蒸汽應(yīng)該比1.0 MPa蒸汽貴42.80元/t），中壓蒸汽減溫減壓就不可避免；如果除鹽水與新鮮水差價(jià)無幾，高水低用就順理成章。可見價(jià)格杠桿的作用很大。所以一定要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行成本，結(jié)合設(shè)備折舊，參考市場價(jià)格，對煉油廠內(nèi)部的能源產(chǎn)品科學(xué)定價(jià)。價(jià)格理順了，內(nèi)部用能考核才有可能，節(jié)能才有推動力。

3.2.4 加強(qiáng)流程模擬軟件的普及與應(yīng)用

目前，各大中型煉油廠基本都有大型流程模擬軟件，如果只為設(shè)計(jì)和研究所用，其效能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有發(fā)揮。一定要應(yīng)用于瓶頸診斷、操作調(diào)整，只有這樣，運(yùn)行優(yōu)化才有技術(shù)保證。

3.2.5 轉(zhuǎn)變觀念，加強(qiáng)人員培訓(xùn)

運(yùn)行和管理優(yōu)化促節(jié)能的日常性決定了它的全員參與性。為了動員全體員工參與，首先要強(qiáng)化節(jié)能意識，要讓“節(jié)能意味著效益”、“節(jié)能是大量小事的集合”、“節(jié)能需要精細(xì)操作”等觀念深入人心。其次要扎實(shí)開展節(jié)能技術(shù)培訓(xùn)，讓各崗位的操作工理解和掌握優(yōu)化操作，自覺接受管理。只有把一線員工推向前臺，把專家的工作變成大家的工作，以人為本，節(jié)能事業(yè)才有生命力。

總之，通過運(yùn)行和管理優(yōu)化實(shí)現(xiàn)煉油廠節(jié)能降耗是為了適應(yīng)客觀多變的國際油品市場形勢和劇烈的國際行業(yè)競爭，是一種日漸被重視且行之有效的節(jié)能方法，十分符合國內(nèi)煉油工業(yè)的實(shí)際，應(yīng)盡快普及推廣，使其成為降低成本、提升競爭力的有效手段。

[1]華賁.當(dāng)前我國煉油工業(yè)的幾個(gè)問題[M].中國石油化工科技信息指南.2003(上)：25-29.

[2]羅依霞，華賁，尹清華，等.基于能量流程模擬的過程系統(tǒng)操作調(diào)優(yōu)[J].石油化工，1998，27(1)：38-45.

[3]石油化工設(shè)計(jì)手冊(第四卷)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，34-136.

[4]鄭世桂.進(jìn)一步降低煉油企業(yè)的能耗[J].煉油技術(shù)與工程，2003，33(8)：50-54.

[5]華賁.中國能源形勢與煉油企業(yè)節(jié)能問題[J].煉油技術(shù)與工程.2005，35(4)：1-5.

胡海蘭，2010年畢業(yè)于華東理工大學(xué)，工程碩士，高級工程師，現(xiàn)從事能量優(yōu)化節(jié)能管理工作，E-mail：cnhhl@163.com，地址：甘肅省蘭州市西固區(qū)清水街17號，730060。

2011-03-18)